Fujitsu y la Universidad Médica y Dental de Tokio aprovechan la supercomputadora más rápida del mundo para realizar un análisis de la red genética del cáncer, en menos de un día

La TMDU y Fujitsu Laboratories Limited han completado recientemente, en menos de un día, la estimación de la red que representa la relación de influencia entre los genes y la predicción de su relación con la infiltración y la metástasis basada en los genes con grandes probabilidades de estar implicados en el desarrollo del cáncer. TMDU y Fujitsu lograron esto aprovechando la tecnología de IA explicable de Fujitsu Laboratories “Deep Tensor”(1), con la supercomputadora más rápida del mundo, Fugaku(2), que fue desarrollada conjuntamente por RIKEN y la multinacional nipona. El proyecto se concibió bajo el lema de “elucidación de la causa y diversidad del cáncer utilizando la tecnología de IA y la analítica de datos a gran escala” como parte del programa de aceleración de logros de la supercomputadora Fugaku(3) que está siendo promovido por el Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón desde mayo de 2020 hasta marzo de 2023.

Incluso con las supercomputadoras disponibles en las universidades, antes se tardaba varios meses en extraer las estructuras de red que representaban el comportamiento de los genes que probablemente estuvieran relacionados con el estado de enfermedad del cáncer y en predecir su estado. Esto presentó dificultades a los investigadores que trabajaban para descubrir nuevos mecanismos de cáncer, que no podían ser comprendidos a nivel genético individual e incorporar estos hallazgos a la investigación.

Aprovechando la potencia de la supercomputadora más rápida del mundo, Fugaku, Fujitsu y TMDU fueron capaces de extraer una red que representaba las relaciones reguladoras entre los genes de las células cancerosas epiteliales a partir del análisis de datos con 20.000 genes, predecir su relación con la infiltración y la metástasis, utilizando la tecnología Deep Tensor desarrollada por los laboratorios Fujitsu y presentar modelos de predicción.

En el futuro, la TMDU y Fujitsu Laboratories seguirán arrojando luz sobre la captura de las causas y la diversidad del cáncer, así como contribuyendo a la mejora de la competitividad industrial acelerando el uso de la supercomputadora Fugaku en el campo de la IA.

Antecedentes
El cuerpo humano contiene decenas de trillones de células, cada una de las cuales almacena el genoma, el programa de la vida. El cáncer es un grupo extremadamente complejo de células que han sufrido mutaciones y anormalidades en sus genomas. En investigaciones recientes, el análisis del genoma del cáncer en todos los tipos ha revelado un nuevo mecanismo de carcinogénesis en el que las mutaciones promueven sinérgicamente el desarrollo de la enfermedad. Comprender cómo se desarrollan y adquieren diversidad representa un desafío crítico para los investigadores médicos.

En abril de 2020, la Universidad Médica y Dental de Tokio estableció el Centro de Ciencia de Datos M&D como base para la ciencia de datos en medicina y odontología, con el objetivo de crear uno de los principales centros de ciencia de salud del mundo. Para aplicar los hallazgos del Centro a los ensayos clínicos y desplegarlos en el mundo real, la TMDU planea establecer un sistema que genere conocimientos útiles para la investigación a partir de grandes cantidades de datos utilizando la IA.

En colaboración con los Laboratorios de Fujitsu, la TMDU está recogiendo grandes cantidades de datos detallados y exhaustivos, obtenidos mediante la última tecnología de observación y avanzando en el análisis de secuencias de alta velocidad y de redes mediante la tecnología de inteligencia artificial con el superordenador Fugaku. Aprovechando la tecnología de inteligencia artificial explicable de Fujitsu Laboratories “Deep Tensor”, fue posible presentar, en un contexto académico, conocimientos exhaustivos sobre la infiltración y la metástasis que se han descubierto en más de 10 años de investigación sobre el cáncer epitelial de forma fácil de entender.Incluida la información sobre las diferencias en las características de las estructuras de red que representan las relaciones reguladoras entre los genes en las células de cáncer epitelial.

Planes futuros
TMDU y Fujitsu Laboratories aplicarán el análisis de secuencias de alta velocidad de Fugaku y el análisis de redes utilizando la tecnología del “Deep Tensor” a los datos de observación, incluyendo una enorme cantidad de información genética llamada ARN no codificante(4), que fue descubierta recientemente. Los resultados serán traducidos de manera que puedan ser entendidos por los usuarios con una IA explicable, ayudando a lograr algunas de las investigaciones sobre el cáncer más avanzadas del mundo.

[1] Deep Tensor
Tecnología de IA desarrollada por Fujitsu Laboratories que deriva nuevos conocimientos de los datos de la estructura de los gráficos que muestran las conexiones entre las personas y las cosas. https://www.fujitsu.com/global/about/resources/news/press-releases/2016/1020-01.html
[2] Fugaku
Como sucesor de la supercomputadora K, el objetivo del proyecto es contribuir al crecimiento del Japón y producir resultados de primera línea en el decenio de 2020 mediante la solución de problemas sociales cada vez más complejos y la exploración de la ciencia. Está previsto que entre en uso compartido en el año fiscal 2021 como una de las supercomputadoras más potentes del mundo en términos de rendimiento energético, rendimiento computacional, fácil de usar, la creación de resultados trascendentales y la potencia integrada de grandes datos y funciones de aceleración de IA.
[3] Programa de aceleración de logros de Fugaku
Desde mayo de 2020, la TMDU y los Laboratorios Fujitsu han estado llevando a cabo esta iniciativa bajo el tema de “elucidation of the causes and diversity of cancer using large-scale data analysis and artificial intelligence technology”, que fue seleccionado como uno de los 19 temas para el programa de aceleración de logros de la supercomputadora Fugaku, impulsado por el Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón. https://www.r-ccs.riken.jp/jp/fugaku/promoting-researches (Sólo japonés)
[4] ARN no codificante
Término genérico para cualquier ARN (ácido ribonucleico) que se genera a partir de un genoma y que no es un anteproyecto de una proteína

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